(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、
燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行し、
前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したあとに実行される冷間制御では、内燃機関の負荷率に基づいて前記機関バルブの開閉タイミングを変更する際の制御量の基本値である基本制御量を設定する一方、
前記空燃比センサの検出値が高いときほどバルブオーバーラップが小さくなるように、前記空燃比センサの検出値に応じて前記基本制御量を補正することによって算出される目標制御量に基づいて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項２】
排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、
燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行し、
前記冷間制御を通じて排気バルブの開弁タイミングを遅角させる
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項３】
前記排気バルブの開閉タイミングに加えて、同排気バルブの開弁期間を変更することのできる可変バルブシステムを制御する可変バルブシステムの制御装置であり、
前記冷間制御は、前記排気バルブの開弁タイミングを遅角させるとともに、同排気バルブの開弁期間を短くする
請求項２に記載の可変バルブシステムの制御装置。
【請求項４】
排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、
燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行し、
前記冷間制御を通じて吸気バルブの開閉タイミングを進角させる
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項５】
前記空燃比センサのセンサ素子が活性化するまでの間、前記センサ素子を早期に活性化させるための活性化促進処理を実行する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置において、
機関温度が基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置において、
使用されている燃料が重質燃料であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項８】
前記空燃比センサから検出値が出力されるようになったことに基づいて前記制限を緩和する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置。
【請求項９】
前記空燃比センサの検出値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御が実行されていることに基づいて前記制限を緩和する
請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置。
【請求項１０】
排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、
燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行し、
機関温度が基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定し、
機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて機関温度が前記基準機関温度未満であることを推定するための演算マップを備え、
同演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する可変バルブシステムの制御装置であって、
前記演算マップに機関始動後の機関冷却水温の上昇量に基づいて前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したか否かを推定するための情報が追加されており、
同演算マップを参照して前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したことが推定されたときに、前記制限を緩和する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項１１】
排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、
燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行し、
機関温度が基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定し、
機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の内燃機関の吸入空気量の積算値である積算吸入空気量とに基づいて機関温度が基準機関温度以上になったことを推定するための演算マップを備え、
同演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する可変バルブシステムの制御装置であって、
前記演算マップに積算吸入空気量に基づいて前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したか否かを推定するための情報が追加されており、
同演算マップを参照して前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したことが推定されたときに、前記制限を緩和する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【請求項１２】
燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御の実行を禁止する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の可変バルブシステムの制御装置であって、
前記空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記冷間制御の禁止を解除して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行する
ことを特徴とする可変バルブシステムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機関バルブの開閉タイミングを変更することのできる可変バルブシステムの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関始動直後のように、排気浄化触媒が活性化温度まで暖まっていないときには、排気に含まれる未燃燃料成分を排気浄化触媒によって効率的に清浄化することができない。そのため、排気浄化触媒が暖まっていないときには、内燃機関の燃焼室から排気とともに排出される未燃燃料の量をできるだけ少なくする必要がある。
【０００３】
そこで、排気浄化触媒が暖まっていないときには、内燃機関から排出される未燃燃料の量をできるだけ少なくするように、内燃機関の機関バルブ、すなわち吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを調整することが望ましい。
【０００４】
しかし、内燃機関からの未燃燃料の排出を抑制すべく、機関バルブの開閉タイミングを調整してバルブオーバーラップを大きくしているときには、排気の一部が混合気とともに燃焼室内に充填されるようになるため、燃焼室内に導入される混合気の量が減少し、燃焼に供される燃料の量が減少する。
【０００５】
また、気化し難い重質燃料が使用されている場合や機関温度が特に低い場合等、燃料が霧化し難い状態にあるときには、インジェクタから噴射された燃料の一部が液体の状態のまま吸気通路の壁面に付着してしまい、燃焼室に導入される混合気に含まれる燃料の量が減少し、混合気がリーンになりやすい。
【０００６】
そのため、燃料が霧化し難い状態にあり、混合気がリーンになっているときに、重ねて機関バルブの開閉タイミングが変更されてバルブオーバーラップが大きくされた場合には、燃焼に供される燃料の量が不足して燃焼が不安定になりやすく、適切なトルクを得ることができない冷間ヘジテーションが発生しやすくなる。
【０００７】
これに対して、特許文献１に記載の可変バルブシステムの制御装置にあっては、霧化し難い重質燃料が使用されているときには、可変バルブシステムの制御量を小さくしてオーバーラップを小さくするようにしている。また更に、特許文献１には、機関温度が低く、燃料が特に霧化し難い状態にあることが推定されるときには、可変バルブシステムによる機関バルブの開閉タイミングの変更自体を禁止することも記載されている。
【０００８】
このように、燃料が霧化し難い状態にあるときに、機関バルブの開閉タイミングの変更を制限する構成を採用すれば、バルブオーバーラップが大きくされることによって生じる冷間ヘジテーションを抑制することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１‐２１０５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記のように燃料が霧化し難い状態にあることに基づいて一律に機関バルブの開閉タイミングの変更を制限するようにした場合には、機関バルブの開閉タイミングを制御することにより内燃機関から排出される未燃燃料の量を減少させることができなくなってしまい、機関冷間時の排気性状の向上を図ることが困難になってしまう。
【００１１】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は排気浄化触媒が暖まっていない機関冷間時に、冷間ヘジテーションの発生を抑制しながら、機関バルブの開閉タイミングを変更することにより、内燃機関からの未燃燃料の排出を抑制しつつ、冷間ヘジテーションの発生を抑制することのできる可変バルブシステムの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するための可変バルブシステムの制御装置は、排気浄化触媒が活性化温度まで暖まる前に機関バルブの開閉タイミングを変更する冷間制御を実行する可変バルブシステムの制御装置であり、燃料が霧化し難い状態にあるときに前記冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する可変バルブシステムの制御装置であって、燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、前記制限を緩和して前記空燃比センサの検出値に応じて前記機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行することをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、燃料が霧化し難い状態にあるときであっても、開閉タイミングの変更の制限が緩和されるようになる。また、上記構成にあっては、このとき、空燃比センサから出力される検出値に応じて機関バルブの開閉タイミングを制御するようにしている。
【００１４】
そのため、燃料が霧化し難く、混合気がリーンになりやすい状況下であっても、空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供される燃料の量が不足しないように機関バルブの開閉タイミングを制御することができるようになる。これにより、冷間ヘジテーションの発生を抑制しつつ、内燃機関からの未燃燃料の排出を極力抑制することができるようになる。
【００１５】
すなわち、上記構成によれば、排気浄化触媒が暖まっていない機関冷間時に、冷間ヘジテーションの発生を抑制しながら、機関バルブの開閉タイミングを変更することにより、内燃機関からの未燃燃料の排出を抑制しつつ、冷間ヘジテーションの発生を抑制することができるようになる。
【００１６】
尚、上記構成において、空燃比センサのセンサ素子が活性化したときに実行される冷間制御では、具体的には、内燃機関の負荷率に基づいて基本制御量を設定する一方、空燃比センサの検出値が高いときほど、バルブオーバーラップが小さくなるように、この基本制御量を補正することによって算出される目標制御量に基づいて機関バルブの開閉タイミングを制御する構成を採用することが好ましい。
【００１７】
このように、空燃比センサの検出値が高く、燃焼に供された混合気に含まれる燃料の量が少ないことが推定されるときほど、バルブオーバーラップを小さくするようにすれば、燃焼室に導入される混合気がリーンになっているときほど、バルブオーバーラップが小さくされるようになる。そのため、混合気がリーンになっているときに、バルブオーバーラップが大きくされることを抑制し、燃焼に供される燃料の量が不足して燃焼が不安定になってしまうことを抑制することができる。
【００１８】
また、空燃比センサの検出値に基づいて目標制御量を設定し、目標制御量に基づいて機関バルブの開閉タイミングを制御するようにしているため、燃焼が不安定にならない範囲で未燃燃料の排出量を極力低減することができるように機関バルブの開閉タイミングを制御することができる。したがって、内燃機関からの未燃燃料の排出を極力抑制しつつ、冷間ヘジテーションの発生を効果的に抑制することができるようになる。
【００１９】
また上記構成において、前記空燃比センサのセンサ素子が活性化するまでの間、前記センサ素子を早期に活性化させるための活性化促進処理を実行してもよい。
【００２０】
上記構成によれば、空燃比センサのセンサ素子が早期に活性化するようになるため、開閉タイミングの変更の制限が早期に緩和されるようになり、空燃比センサの検出値に基づく開閉タイミングの変更を早期に開始することができるようになる。これにより、冷間制御を通じて開閉タイミングを変更する機会を増大させ、より一層効果的に未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【００２１】
尚、活性化促進処理の具体的な内容としては、空燃比センサのセンサ素子を加熱するヒータへの通電量を増大させる方法や、内燃機関の各シリンダーにおける点火時期を遅角させることにより、排気の温度を上昇させ、排気の熱を利用して空燃比センサのセンサ素子を暖める方法等を採用することができる。また、アイドリング運転中の機関回転速度であるアイドリング回転速度を増大させることにより、アイドリング運転中の排気の温度を上昇させて空燃比センサのセンサ素子を暖める方法を適用することもできる。
【００２２】
ところで、排気バルブの開弁タイミングを遅角させた場合には、点火が行われてから排気バルブが開弁されるまでの期間が長くなるため、燃焼室内で混合気が燃焼し始めてから排気が排気ポートに排出され始めるまでの期間が長くなる。そのため、混合気に含まれる燃料を燃焼室内で燃焼させるための時間を長く確保することができるようになり、排気とともに燃焼室から排出される未燃燃料の量を低減することができるようになる。
【００２３】
そのため、上記構成において、未燃燃料の排出を抑制するために実行する冷間制御として、排気バルブの開弁タイミングを遅角させる制御を適用することが好ましい。
【００２４】
一方、吸気バルブの開閉タイミングを進角させる構成を採用した場合には、排気の一部が吸気ポートに吹き返すようになるため、吹き返した排気によって吸気ポートが暖められ、燃料の霧化が促進されるようになる。これにより、混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるための燃料増量を低減することができ、結果として排気とともに排出される未燃燃料の量を低減することができるようになる。
【００２５】
そのため、上記構成において、未燃燃料の排出を抑制するために実行する冷間制御として、吸気バルブの開閉タイミングを進角させる制御を採用することが好ましい。
【００２６】
尚、排気バルブの開弁タイミングを遅角させるために、排気カムシャフトを遅角側に変位させ、排気バルブの開閉タイミング全体を遅角させた場合には、排気バルブの閉弁タイミングも遅角することとなり、バルブオーバーラップが大きくなる。排気バルブの閉弁タイミングが遅角されたことによってバルブオーバーラップが大きくなると、吸気行程において排気の一部が燃焼室に導入されるようになり、燃焼室に導入される混合気の量が減少するようになる。燃料が霧化し難く、混合気がリーンになりやすい状況下において、燃焼室に導入される混合気の量が減少してしまうと燃焼に供される燃料の量が著しく不足して燃焼が不安定になりやすくなる。
【００２７】
そこで、排気バルブの開閉タイミングに加えて、作用角を変更する等して排気バルブの開弁期間を変更することのできる可変バルブシステムを備えている場合には、排気バルブの開弁タイミングを遅角させるとともに、排気バルブの開弁期間を短くし、排気バルブの開弁タイミングを遅角させる一方で、閉弁タイミングを極力遅角させないようにすることが望ましい。こうした構成を採用すれば、冷間制御を通じて排気バルブの開弁タイミングを遅角させる一方で、バルブオーバーラップが増大することを抑制することができ、上記のようなバルブオーバーラップが増大することに起因する燃焼の不安定化を抑制しつつ、未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【００２８】
機関温度が高くなれば、燃料が霧化しやすくなり、インジェクタから噴射された燃料のほとんどが吸気通路の壁面に付着せずに燃焼室内に導入されるようになる。そのため、上記構成において、燃料が霧化し難い状態であることを推定する方法として、機関温度が基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定する構成を採用することができる。
【００２９】
こうした構成を採用すれば、機関温度を推定することにより、推定された機関温度に基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定することができるようになる。
尚、基準機関温度は、機関温度がこの基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定することができるように予め行う実験等の結果に基づいて設定すればよい。
【００３０】
また、使用されている燃料が気化し難い重質燃料である場合には、燃料が霧化し難くなる。そのため、上記構成において、使用されている燃料が重質燃料であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定することもできる。
【００３１】
尚、使用されている燃料が重質燃料であるか否かを判定する具体的な方法としては、燃料タンク内の圧力の変化を監視して、その結果に基づいて燃料が気化しやすいか否かを判定する構成や、センサを利用して燃料の性状を判定する方法等を採用することができる。また、その他、冷間始動時の機関回転速度の立ち上がり方を監視して、機関回転速度が速やかに立ち上がらないときに低温で気化し難い重質燃料であることを推定する構成等を適用することができる。
【００３２】
空燃比センサのセンサ素子が活性化すると、排気に含まれる酸素の濃度を示す検出値が空燃比センサから出力されるようになる。そのため、上記構成において、空燃比センサから検出値が出力されるようになったことに基づいて空燃比センサが活性したことを推定する構成を採用することができる。そして、空燃比センサが活性したことが推定されたときに、冷間制御における開閉タイミングの変更の制限を緩和して空燃比センサから出力される検出値に基づいて開閉タイミングを変更するようにすればよい。
【００３３】
また上記構成において、空燃比フィードバック制御が実行されていることに基づいて空燃比センサのセンサ素子が活性化していることを推定し、開閉タイミングの変更の制限を緩和する構成を採用することもできる。
【００３４】
機関始動時の機関冷却水温は機関始動時の機関温度と略等しいことが推定されるため、機関始動後の機関冷却水温の上昇量に基づいて機関運転に伴う機関温度の上昇量を推定すれば、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて機関温度を推定することができる。
【００３５】
そのため、機関温度が基準機関温度まで上昇したときに得られるようになることが推定される機関冷却水温の上昇量の値を、基準値として予め設定しておけば、機関始動後の機関冷却水温の上昇量がこの基準値未満であるときには、それに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定することができるようになる。したがって、こうした基準値を機関始動時の機関冷却水温毎にプロットした演算マップを予め用意しておけば、この演算マップを参照することにより、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定することができるようになる。
【００３６】
また、こうした演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する場合には、この演算マップに空燃比センサのセンサ素子が活性化するまでに必要な機関冷却水温の上昇量の大きさを示す情報を追加し、この演算マップを参照することによって空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することもできるようになる。
【００３７】
すなわち、空燃比センサのセンサ素子が活性化するときに得られるようになることが推定される機関冷却水温の上昇量の値を機関始動時の機関冷却水温毎にこの演算マップ上にプロットすれば、機関冷却水温の上昇量がこのプロットされた上昇量に達したことに基づいて空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することができるようになる。
【００３８】
そのため、上記構成において、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定するための演算マップを備え、同演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定するものにあっては、この演算マップに機関始動後の機関冷却水温の上昇量に基づいて空燃比センサのセンサ素子が活性化したか否かを推定するための情報を追加することにより、同演算マップを参照して前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することができるようになり、演算マップを参照して機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて開閉タイミングの変更の制限を緩和する構成を実現することができる。
【００３９】
尚、内燃機関の吸入空気量は機関運転に伴う燃焼熱の大きさと高い相関を有しているため、機関始動後の吸入空気量の積算値である積算吸入空気量は、機関始動後の機関温度の上昇量と高い相関を有している。すなわち、積算吸入空気量が大きいときほど、機関始動後の機関温度の上昇量が大きいことが推定される。
【００４０】
そのため、機関冷却水温の上昇量に基づいて機関温度の上昇量を推定する構成に替えて、積算吸入空気量に基づいて機関温度の上昇量を推定し、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量とに基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する構成を採用することもできる。
【００４１】
この場合には、機関始動時の機関冷却水温に応じて機関温度が基準機関温度まで上昇したときに得られるようになることが推定される積算吸入空気量の値を基準値として設定し、機関始動後の積算吸入空気量がこの基準値未満であるときには、それに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定するようにすればよい。
【００４２】
こうした基準値を機関始動時の機関冷却水温毎にプロットした演算マップを予め用意しておけば、この演算マップを参照することにより、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量とに基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定することができるようになる。
【００４３】
また、こうした演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する場合には、この演算マップに空燃比センサのセンサ素子が活性化するまでに必要な積算吸入空気量の大きさを示す情報を追加し、この演算マップを参照することによって空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することもできるようになる。
【００４４】
すなわち、空燃比センサのセンサ素子が活性化するときに得られるようになることが推定される積算吸入空気量の値を機関始動時の機関冷却水温に応じてこの演算マップ上にプロットすれば、積算吸入空気量がこのプロットされた値に達したことに基づいて空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することができるようになる。
【００４５】
そのため、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量とに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定するための演算マップを備え、同演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定するものにあっては、この演算マップに機関始動後の積算吸入空気量に基づいて空燃比センサのセンサ素子が活性化したか否かを推定するための情報を追加することにより、同演算マップを参照して前記空燃比センサのセンサ素子が活性化したことを推定することができるようになり、演算マップを参照して機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量とに基づいて開閉タイミングの変更の制限を緩和する構成を実現することができる。
【００４６】
尚、燃料が霧化し難い状態にあるときに冷間制御による開閉タイミングの変更を制限する態様には、燃料が霧化し難い状態にあるときに冷間制御の実行を禁止することも含まれる。そのため、上記構成において、燃料が霧化し難い状態にあるときに冷間制御の実行を禁止する一方、空燃比センサのセンサ素子が活性化し、同空燃比センサの検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときに、冷間制御の禁止を解除して空燃比センサの検出値に応じて機関バルブの開閉タイミングを制御する冷間制御を実行する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明の一実施形態にかかる電子制御装置と、同電子制御装置の制御対象である内燃機関の概略構成を示す模式図。
【図２】同実施形態の制御前提フラグ設定ルーチンにかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。
【図３】同実施形態にかかる制御前提フラグを設定するために参照する演算マップ。
【図４】同実施形態の冷間制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。
【図５】機関回転速度と負荷率とに基づいて基本目標変位角を算出するための演算マップ。
【図６】空燃比と補正係数との関係を示すグラフ。
【図７】積算吸入空気量と最終目標変位角との関係を示す説明図。
【図８】制御前提フラグを設定するために参照する演算マップの変更例。
【図９】変更例としての制御前提フラグ設定ルーチンにかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、この発明にかかる可変動弁システムの制御装置を、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置として具体化した一実施形態について、図１〜７を参照して説明する。尚、図１は本実施形態にかかる電子制御装置１００と、その制御対象である内燃機関１０との関係を示す模式図である。
【００４９】
図１に示されるように内燃機関１０のシリンダーブロック１１に形成されたシリンダー１２には、ピストン１３が摺動可能に収容されている。そして、ピストン１３はコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６と連結されている。また、シリンダーブロック１１には各シリンダー１２を取り囲むように機関冷却水が循環するウォータージャケット１４が形成されている。
【００５０】
シリンダーブロック１１の上部にはシリンダーヘッド１７が組み付けられており、シリンダー１２の内周面とピストン１３の頂面及びシリンダーヘッド１７によって燃焼室１８が区画形成されている。尚、内燃機関１０は複数のシリンダー１２を有する多気筒内燃機関であるが、図１にあっては複数のシリンダー１２のうちの１つのみを図示している。
【００５１】
シリンダーヘッド１７における各燃焼室１８の上部には、ピストン１３と対向するように点火プラグ１９がそれぞれ設けられている。また、シリンダーヘッド１７には、各燃焼室１８と連通する吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。そして、吸気ポート２１には、燃焼室１８に向かって燃料を噴射するインジェクタ２０が設けられている。
【００５２】
吸気ポート２１は、吸気マニホールドと接続されて吸気通路３０の一部を形成している。また、排気ポート２２は、排気マニホールドと接続されて排気通路４０の一部を形成している。
【００５３】
尚、図１に示されるように吸気通路３０には、モータ３３ａによって駆動されて燃焼室１８に導入される空気の量である吸入空気量Ｇａを調量するスロットルバルブ３３が設けられている。その一方で、図１の左側に示されるように排気通路４０には、排気に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を清浄化する三元触媒が担持された排気浄化触媒４５が設けられている。
【００５４】
図１に示されるようにシリンダーヘッド１７には、吸気通路３０と燃焼室１８とを連通・遮断する吸気バルブ３１が設けられているとともに、排気通路４０と燃焼室１８とを連通・遮断する排気バルブ４１が設けられている。各バルブ３１，４１はバルブスプリングの付勢力によって閉弁方向に常に付勢されている。また、シリンダーヘッド１７の内部には吸気バルブ３１を駆動する吸気カムシャフト３２と、排気バルブ４１を駆動する排気カムシャフト４２とがそれぞれ回動自在に支持されている。
【００５５】
これらカムシャフト３２，４２は、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト１６と連結されており、クランクシャフト１６が２回転すると、それに伴ってこれらカムシャフト３２，４２がそれぞれ１回転するようになっている。これにより、機関運転に伴ってクランクシャフト１６が回転すると、吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト４２が回転し、吸気カムシャフト３２に形成されたカム山の作用により吸気バルブ３１が開弁方向にリフトされ、排気カムシャフト４２に形成されたカム山の作用により排気バルブ４１が開弁方向にリフトされるようになっている。
【００５６】
また、図１に二点鎖線で示されるように内燃機関１０には、可変バルブシステムとして吸気側バルブタイミング変更機構５１と、排気側バルブタイミング変更機構５２とが設けられている。吸気側バルブタイミング変更機構５１は、吸気カムシャフト３２とタイミングチェーンとが連結されている部分に設けられており、クランクシャフト１６の回転位相に対する吸気カムシャフト３２の回転位相を変更することにより、吸気バルブ３１の開閉タイミングを変更するものである。一方、排気側バルブタイミング変更機構５２は、排気カムシャフト４２とタイミングチェーンとが連結されている部分に設けられており、クランクシャフト１６の回転位相に対する排気カムシャフト４２の回転位相を変更することにより、排気バルブ４１の開閉タイミングを変更するものである。
【００５７】
尚、これらバルブタイミング変更機構５１，５２はクランクシャフト１６に連結された図示しないオイルポンプによって圧送される作動油の油圧を利用して各カムシャフト３２，４２の位相角を変更する油圧駆動式のバルブタイミング変更機構である。
【００５８】
内燃機関１０には、内燃機関１０の各部の状態を検出する各種のセンサが設けられている。例えば、シリンダーブロック１１に設けられた水温センサ６０はウォータージャケット１４内を循環している機関冷却水の温度である機関冷却水温を検出する。クランクシャフト１６の近傍に設けられたクランクポジションセンサ６１はクランクシャフト１６の回転角を検出し、電子制御装置１００はこの回転角に基づいて単位時間当りのクランクシャフト１６の回転数を示す機関回転速度ＮＥを算出する。スロットルポジションセンサ６３はスロットルバルブ３３の開度であるスロットル開度を検出する。吸気通路３０に設けられたエアフロメータ６４は吸気通路３０を通じて燃焼室１８に導入される空気の量である吸入空気量Ｇａを検出する。吸気カムシャフト３２の近傍に設けられた吸気側カムポジションセンサ６５は吸気カムシャフト３２の回転位相に対応した信号を出力する。排気カムシャフト４２の近傍に設けられた排気側カムポジションセンサ６６は排気カムシャフト４２の回転位相に対応した信号を出力する。排気通路４０における排気浄化触媒４５よりも上流側の部位に設けられた空燃比センサ６７は排気に含まれる酸素の濃度に応じて燃焼に供された混合気の空燃比に比例した検出値を出力する。また、排気通路４０における排気浄化触媒４５よりも下流側の部位には、燃焼に供された混合気の空燃比が理論空燃比に調整されていた場合の酸素濃度に対応する酸素濃度を境に出力値が急変する酸素センサ６８が設けられている。
【００５９】
そして、これらの各種センサは、内燃機関１０を統括的に制御する電子制御装置１００に電気的に接続されている。また、電子制御装置１００には、アクセルペダル５３に取り付けられたアクセルポジションセンサ６２も接続されている。アクセルポジションセンサ６２は運転者によるアクセルペダル５３の踏み込み量を示すアクセル操作量を検出する。
【００６０】
電子制御装置１００は、機関制御にかかる各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置１００は、上記各種センサ６０〜６８の検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関１０を統括的に制御する。
【００６１】
具体的には、電子制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及びアクセル操作量に基づいてモータ３３ａを制御することにより、スロットル開度を変更して吸入空気量Ｇａを調量する。また、これと併せて燃焼室１８に導入される混合気の空燃比を理論空燃比に近づけように目標燃料噴射量を設定し、インジェクタ２０を駆動して燃料噴射量を調量するとともに、空燃比センサ６７及び酸素センサ６８の出力値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を実行する。
【００６２】
また、電子制御装置１００は、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとに基づいて吸気側バルブタイミング変更機構５１や排気側バルブタイミング変更機構５２を駆動して吸気バルブ３１及び排気バルブ４１の開閉タイミングを変更する。
【００６３】
尚、本実施形態にかかる電子制御装置１００は、暖機完了後に行う通常のバルブタイミングの制御（以下、温間制御と称する）の他に、排気浄化触媒４５が活性化温度まで暖まっていない機関冷間時に未燃燃料の排出を抑制するための冷間制御を実行する。
【００６４】
機関始動直後のように、排気浄化触媒４５が活性化温度まで暖まっていないときには、排気に含まれる未燃燃料成分を排気浄化触媒４５によって効率的に清浄化することができない。そのため、排気浄化触媒４５が暖まっていないときには、内燃機関１０の燃焼室１８から排気とともに排出される未燃燃料の量をできるだけ少なくする必要がある。
【００６５】
そこで、電子制御装置１００は、排気浄化触媒４５が暖まっていないときには、内燃機関１０から排出される未燃燃料の量をできるだけ少なくするように、排気バルブ４１の閉弁タイミングを遅角させる冷間制御を実行する。
【００６６】
排気バルブ４１の閉弁タイミングを遅角させた場合には、点火が行われてから排気バルブ４１が開弁されるまでの期間が長くなるため、燃焼室１８内で混合気が燃焼し始めてから排気が排気ポート２２に排出され始めるまでの期間が長くなる。そのため、混合気に含まれる燃料を燃焼室１８内で燃焼させるための時間を長く確保することができるようになり、排気とともに燃焼室１８から排出される未燃燃料の量を低減することができるようになる。
【００６７】
しかし、内燃機関１０からの未燃燃料の排出を抑制すべく、排気バルブ４１の閉弁タイミングを遅角させているときには、バルブオーバーラップが大きくなり、排気の一部が混合気とともに燃焼室１８内に充填されるようになるため、燃焼室１８内に導入される混合気の量が減少して燃焼に供される燃料の量が減少してしまう。
【００６８】
また、気化し難い重質燃料が使用されている場合や機関温度が特に低い場合等、燃料が霧化し難い状態にあるときには、インジェクタ２０から噴射された燃料の一部が液体の状態のまま吸気通路３０の壁面に付着してしまい、燃焼室１８に導入される混合気に含まれる燃料の量が減少し、混合気がリーンになりやすい。
【００６９】
そのため、燃料が霧化し難い状態にあり、混合気がリーンになっているときに、重ねて排気バルブ４１の開閉タイミングが遅角されてバルブオーバーラップが大きくされた場合には、燃焼に供される燃料の量が不足して燃焼が不安定になりやすく、適切なトルクを得ることができない冷間ヘジテーションが発生しやすくなる。
【００７０】
これに対して、特許文献１に記載されているように、機関温度が低く、燃料が特に霧化し難い状態にあることが推定されるときには、可変バルブシステムによる機関バルブの開閉タイミングの変更自体を禁止することも考えられる。
【００７１】
しかし、燃料が霧化し難い状態にあることに基づいて一律に機関バルブの開閉タイミングの変更を制限するようにした場合には、機関バルブの開閉タイミングを制御することにより内燃機関１０から排出される未燃燃料の量を減少させることができなくなってしまい、機関冷間時の排気性状の向上を図ることが困難になってしまう。
【００７２】
そこで、本実施形態にあっては、燃料が霧化し難い状態であっても、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化しており、燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるときには冷間制御の禁止を解除して空燃比センサ６７の検出値に基づいて排気バルブ４１の閉弁タイミングを遅角させるようにしている。
【００７３】
以下、図２〜７を参照して本実施形態にかかる電子制御装置１００が実行する冷間制御にかかる一連の処理について詳しく説明する。
電子制御装置１００は、排気浄化触媒４５が活性化温度まで暖まっていない冷間時に図２に示される制御前提フラグ設定ルーチンと、図４に示されるルーチンを実行する。尚、図２は制御前提フラグ設定ルーチンにかかる一連の処理の流れを示すフローチャートであり、図４は冷間制御にかかるルーチンにおける一連の処理の流れを示すフローチャートである。
【００７４】
制御前提フラグ設定ルーチンは、冷間制御を実行するか否かを判定するために参照する制御前提フラグを設定するためのルーチンであり、排気浄化触媒４５が完全に活性化する前の冷間時に電子制御装置１００において所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００７５】
図２に示されるように、この制御前提フラグ設定ルーチンを開始すると、電子制御装置１００は、まずステップＳ１００において機関温度が基準機関温度未満であるか否かを判定する。ここでは、図３に示されるような演算マップを参照し、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて機関温度が基準機関温度未満であるか否かを判定する。
【００７６】
尚、基準機関温度は、機関温度がこの基準機関温度未満であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定することができるように予め行う実験等の結果に基づいて設定されている。また、基準機関温度は排気浄化触媒４５が活性化温度まで暖まり、完全に活性化するときの機関温度よりも低い値に設定されている。
【００７７】
機関始動時の機関冷却水温は、機関始動時の機関温度と略等しいことが推定されるため、機関始動後の機関冷却水温の上昇量に基づいて機関運転に伴う機関温度の上昇量を推定すれば、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて現在の機関温度を推定することができる。
【００７８】
そのため、機関温度が基準機関温度まで上昇したときに得られるようになることが推定される機関冷却水温の上昇量の値を、基準値として予め設定しておけば、機関始動後の機関冷却水温の上昇量がこの基準値未満であるときには、それに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定することができるようになる。
【００７９】
この演算マップにあっては、機関温度が基準機関温度未満であるか否かを判定するための境界線Ａが、基準機関温度まで機関温度が上昇したときに得られるようになることが推定される機関冷却水温の上昇量の値を機関始動時の機関冷却水温毎にプロットした一点鎖線Ｙに基づいて設定されている。
【００８０】
このステップＳ１００では、機関始動後の機関冷却水温の上昇量が図３に示される境界線Ａよりも下方の領域に含まれている場合には、それに基づいて機関温度が基準機関温度未満である旨を判定する。また、その一方で、機関始動後の機関冷却水温の上昇量が図３に示される境界線Ａ上にある場合や、境界線Ａよりも上方の領域に含まれている場合には機関温度が基準機関温度以上である旨を判定する。
【００８１】
尚、境界線Ａは、図３に破線Ｘで示される排気側バルブタイミング変更機構５２を駆動するために必要な油圧を確保するために必要な機関冷却水温の上昇量を下回らないように設定されている。すなわち、境界線Ａは、油圧が確保されておらず排気側バルブタイミング変更機構５２を駆動することができない状態のときには、機関温度が基準機関温度以上である旨の判定がなされることがないように設定されている。
【００８２】
ステップＳ１００において機関温度が基準機関温度未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、すなわち機関温度が低く、燃料が霧化し難い状態であることが推定される場合には、ステップＳ１１０へと進み、電子制御装置１００は空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化しているか否かを判定する。
【００８３】
空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化すると、空燃比センサ６７から排気に含まれる酸素の濃度を示す検出値が出力されるようになる。そこで、ここでは空燃比センサ６７から検出値が出力されているか否かに基づいて空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化しているか否かを判定するようにしている。具体的には、空燃比センサ６７から検出値が出力されているときに空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化している旨を判定する一方、空燃比センサ６７から検出値が出力されていないときに空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化していない旨を判定する。
【００８４】
ステップＳ１１０において、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化していない旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、ステップＳ１２０へと進み、電子制御装置１００は制御前提フラグを「ＯＦＦ」に設定する。
【００８５】
そして、ステップＳ１３０へと進み、空燃比センサ６７のセンサ素子を早期に活性化させるための活性化促進処理を実行する。この活性化促進処理にあっては、空燃比センサ６７に設けられているヒータへの通電量を増大させてセンサ素子を暖め、センサ素子の活性化を促進させる。
【００８６】
こうして活性化促進処理を実行すると、電子制御装置１００はこの制御前提フラグ設定ルーチンを一旦終了する。
一方、ステップＳ１１０において、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化している旨の判定がなされた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、ステップ１４０へと進み、電子制御装置１００は制御前提フラグを「ＯＮ」に設定する。
【００８７】
また、ステップＳ１００において機関温度が基準機関温度以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、すなわち機関温度が高く、燃料が霧化し難い状態ではないことが推定される場合には、電子制御装置１００はステップＳ１１０をスキップしてステップＳ１４０へと進み、制御前提フラグを「ＯＮ」に設定する。
【００８８】
こうして制御前提フラグを設定すると、電子制御装置１００はこの制御前提フラグ設定ルーチンを一旦終了する。
図４に示されるルーチンは、制御前提フラグ設定ルーチンを通じて設定された制御前提フラグに基づいて冷間制御の実行可否を決定するとともに、それに基づいて実際に冷間制御を実施するためのルーチンであり、排気浄化触媒４５が完全に活性化する前の冷間時に電子制御装置１００において所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００８９】
図４に示されるようにこのルーチンを開始すると、電子制御装置１００は、まずステップＳ２００において、制御前提フラグが「ＯＮ」に設定されているか否かを判定する。
ステップＳ２００において、制御前提フラグが「ＯＮ」に設定されている旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２１０へと進み、電子制御装置１００は冷間制御優先処理を実行する。この冷間制御優先処理は温間制御と冷間制御とが干渉してしまうことを回避するために実行する処理であり、電子制御装置１００はこの冷間制御優先処理を通じて温間制御による可変バルブシステムの駆動を禁止し、冷間制御を通じた可変バルブシステムの制御を優先的に実行する状態に移行する。
【００９０】
ステップ２１０を通じて冷間制御優先処理を実行すると、ステップＳ２２０へと進み、電子制御装置１００は排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させるための排気側バルブタイミング変更機構５２の制御量の基本値である基本制御量としての基本目標変位角Ｔｂを、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとに基づいて算出する。尚、負荷率ＫＬは、単位回転速度当たりの吸入空気量Ｇａを示す値であり、吸入空気量Ｇａを機関回転速度ＮＥで除算することにより算出される。
【００９１】
ここでは、図５に示されるような演算マップを参照して基本目標変位角Ｔｂの算出を行う。この演算マップは、負荷率ＫＬについてＫＬ１〜ＫＬｍまでのｍ個のパラメータを有し、機関回転速度ＮＥについてＮＥ１〜ＮＥｎまでのｎ個のパラメータを有している（ｍ，ｎは正の整数）。そのため、この演算マップにあっては、合計（ｍ×ｎ）個の値がそれぞれのパラメータの組み合わせに対応する基本目標変位角Ｔｂの値として記憶されている。これにより、例えば負荷率ＫＬの値が「ＫＬ１」であり、機関回転速度ＮＥの値が「ＮＥ１」である場合には、図５の演算マップを参照することにより「Ｔｂ（ＫＬ１，ＮＥ１）」の値が基本目標変位角Ｔｂとして算出されることとなる。
【００９２】
こうして図５に示される演算マップを参照して基本目標変位角Ｔｂを算出すると、ステップＳ２３０へと進み、電子制御装置１００は空燃比に基づいて目標変位角を制限する。
具体的には、空燃比センサ６７の検出値に基づいて燃焼に供された混合気の空燃比を推定し、推定された空燃比に応じて補正係数Ｋを算出する。そして、その補正係数Ｋを基本目標変位角Ｔｂに乗じることによって算出された値を目標変位角とすることにより、空燃比に基づいて制限された目標変位角を算出する。
【００９３】
尚、補正係数Ｋは図６に示されるように燃焼に供された混合気の空燃比が理論空燃比以下のときには「１．０」に設定される一方、空燃比が理論空燃比よりも高くなるほど小さくなるように空燃比に基づいて算出される。これにより、空燃比が高いとき、すなわち燃焼に供された空燃比がリーンなときほど、目標変位角が小さな値に設定され、排気バルブ４１の開閉タイミングの遅角量が小さくされるようになる。
【００９４】
ステップＳ２３０を通じて空燃比に基づいて目標変位角を制限すると、ステップＳ２４０へと進み、電子制御装置１００は機関始動後の吸入空気量Ｇａの積算値である積算吸入空気量ΣＧａに基づいて最終目標変位角Ｔｆを算出する。
【００９５】
吸入空気量Ｇａは機関運転に伴う燃焼熱の大きさと高い相関を有しているため、機関始動後の吸入空気量Ｇａの積算値である積算吸入空気量ΣＧａは、排気浄化触媒４５の温度上昇量と高い相関を有している。すなわち、積算吸入空気量ΣＧａが大きいときほど、排気浄化触媒４５の温度が上昇し、排気浄化触媒４５が活性化していることが推定される。
【００９６】
そこで、ここでは積算吸入空気量ΣＧａに基づいて排気浄化触媒４５の活性化の進行度合を推定し、実際の排気側バルブタイミング変更機構５２における変位角制御への目標変位角の反映量を、排気浄化触媒４５の活性化の進行とともに低減させるようにしている。
【００９７】
具体的には、図７に一点鎖線で示されるように、積算吸入空気量ΣＧａが「Ｓ１」よりも大きくなるほど小さくなり、「Ｓ２」に到達したときに「０」になるように上限ガード値を設定している。尚、「Ｓ１」は排気浄化触媒４５が活性化し始めるときの積算吸入空気量ΣＧａであり、「Ｓ２」は排気浄化触媒４５が完全に活性化するときの積算吸入空気量ΣＧａである。
【００９８】
そして、図７に実線で示されるようにこの上限ガード値によって目標変位角を制限し、破線で示されるように目標変位角がこの上限ガード値よりも大きい場合には、最終目標変位角Ｔｆを上限ガード値と等しい値に設定するようにしている。これにより、排気浄化触媒４５が活性化して排気に含まれる未燃燃料を効率的に清浄化することができるようになるほど、冷間制御を通じて制御される排気バルブ４１の開閉タイミングの遅角量が小さくなる。
【００９９】
こうして積算吸入空気量ΣＧａに基づいて最終目標変位角Ｔｆを算出すると、ステップＳ２５０へと進み、電子制御装置１００はこの最終目標変位角Ｔｆに基づいて可変動弁システムを駆動する。すなわち、排気カムシャフト４２の変位角を最終目標変位角Ｔｆに一致させるように排気側バルブタイミング変更機構５２を駆動して排気バルブ４１の開閉タイミングの遅角量を制御する。
【０１００】
こうしてステップＳ２２０〜Ｓ２５０を通じて排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させる冷間制御を実行すると、電子制御装置１００はこのルーチンを一旦終了する。
一方、ステップＳ２００において、制御前提フラグが「ＯＦＦ」に設定されている旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、ステップＳ２１５へと進み、電子制御装置１００は冷間制御優先処理を解除する。そして、ステップＳ２２０〜２５０を実行せずに、このルーチンを一旦終了する。すなわち冷間制御を実行せずにこのルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
このように本実施形態にあっては、制御前提フラグを参照して冷間制御を実行するか否かを切り替えるようにしている。そして、これにより、燃料が霧化し難い状態であることが推定されるときであっても、空燃比センサ６７が活性化していることが推定されるときには空燃比センサ６７の検出値に基づいて冷間制御を実行するようにしている。
【０１０２】
すなわち、本実施形態にあっては、機関温度が基準機関温度未満であり燃料が霧化し難い状態であることが推定されるときに一律に冷間制御の実行を禁止するのではなく、空燃比センサ６７が活性化しているときには、冷間制御の禁止を解除して空燃比センサ６７の検出値に基づいて冷間制御を実行するようにしている。
【０１０３】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）空燃比センサ６７が活性化し、燃焼に供された混合気の空燃比を推定することができるようになったときには、燃料が霧化し難い状態にあるときであっても、冷間制御が実行されるようになる。また、このとき、空燃比センサ６７から出力される検出値に応じて排気バルブ４１の開閉タイミングを制御するようにしている。
【０１０４】
そのため、燃料が霧化し難く、混合気がリーンになりやすい状況下であっても、空燃比センサ６７の検出値に基づいて燃焼に供される燃料の量が不足しないように排気バルブ４１の開閉タイミングを制御することができるようになる。これにより、冷間ヘジテーションの発生を抑制しつつ、内燃機関１０からの未燃燃料の排出を極力抑制することができるようになる。
【０１０５】
すなわち、排気浄化触媒４５が暖まっていない機関冷間時に、冷間ヘジテーションの発生を抑制しながら、排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させることにより、内燃機関１０からの未燃燃料の排出を抑制しつつ、冷間ヘジテーションの発生を抑制することができる。
【０１０６】
（２）冷間制御では、内燃機関１０の負荷率ＫＬに基づいて基本制御量である基本目標変位角Ｔｂを設定する。そして、空燃比センサ６７の検出値が高いときほど、バルブオーバーラップが小さくなるように、この基本目標変位角Ｔｂを補正することによって算出される目標変位角に基づいて排気バルブ４１の開閉タイミングを制御する。
【０１０７】
そのため、空燃比センサ６７の検出値が高く、燃焼に供された混合気に含まれる燃料の量が少ないことが推定されるときほど、バルブオーバーラップが小さくなり、燃焼室１８に導入される混合気がリーンになっているときほど、バルブオーバーラップが小さくされるようになる。したがって、混合気がリーンになっているときに、バルブオーバーラップが大きくされることを抑制し、燃焼に供される燃料の量が不足して燃焼が不安定になってしまうことを抑制することができる。
【０１０８】
また、空燃比センサ６７の検出値に基づいて目標変位角を設定し、目標変位角に基づいて排気バルブ４１の開閉タイミングを制御するようにしているため、燃焼が不安定にならない範囲で未燃燃料の排出量を極力低減することができるように排気バルブ４１の開閉タイミングを制御することができる。したがって、内燃機関１０からの未燃燃料の排出を極力抑制しつつ、冷間ヘジテーションの発生を効果的に抑制することができる。
【０１０９】
（３）空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化するまでの間、センサ素子を早期に活性化させるための活性化促進処理を実行するようにしている。そのため、空燃比センサ６７のセンサ素子が早期に活性化するようになる。したがって、冷間制御の禁止が早期に解除されるようになり、空燃比センサ６７の検出値に基づく冷間制御を早期に開始することができるようになる。これにより、冷間制御を実行する機会を増大させ、より一層効果的に未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【０１１０】
（４）冷間制御を通じて排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させることにより、排気バルブ４１の開弁タイミングを遅角させるようにしている。排気バルブ４１の開弁タイミングを遅角させた場合には、点火が行われてから排気バルブ４１が開弁されるまでの期間が長くなるため、燃焼室１８内で混合気が燃焼し始めてから排気が排気ポート２２に排出され始めるまでの期間が長くなる。そのため、混合気に含まれる燃料を燃焼室１８内で燃焼させるための時間を長く確保することができるようになり、排気とともに燃焼室１８から排出される未燃燃料の量を低減することができるようになる。
【０１１１】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・排気バルブ４１の開弁タイミングを遅角させるために、排気カムシャフト４２を遅角側に変位させ、排気バルブ４１の開閉タイミング全体を遅角させた場合には、排気バルブ４１の閉弁タイミングも遅角することとなり、バルブオーバーラップが大きくなる。排気バルブ４１の閉弁タイミングが遅角されたことによってバルブオーバーラップが大きくなると、吸気行程において排気の一部が燃焼室１８に導入されるようになり、燃焼室１８に導入される混合気の量が減少するようになる。燃料が霧化し難く、混合気がリーンになりやすい状況下において、燃焼室１８に導入される混合気の量が減少してしまうと燃焼に供される燃料の量が著しく不足して燃焼が不安定になりやすくなる。
【０１１２】
そこで、作用角を変更する等して排気バルブ４１の開閉タイミングに加えて排気バルブ４１の開弁期間を変更することのできる可変バルブシステムを備えている場合には、排気バルブ４１の開弁タイミングを遅角させるとともに、排気バルブ４１の開弁期間を短くし、閉弁タイミングを極力遅角させないようにすることが望ましい。
【０１１３】
こうした構成を採用すれば、冷間制御を通じて排気バルブ４１の開弁タイミングを遅角させる一方で、バルブオーバーラップが増大することを抑制することができ、上記のようなバルブオーバーラップが増大することに起因する燃焼の不安定化を抑制しつつ、未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【０１１４】
・上記実施形態にあっては、図３に示される演算マップを参照して機関温度が基準機関温度未満であるか否かを判定する一方、空燃比センサ６７から検出値が出力されているか否かに基づいて空燃比センサ６７が活性化しているか否かを推定し、これらの結果に基づいて制御前提フラグを設定する構成を例示した。これに対して、図８に示されるような演算マップを参照することにより制御前提フラグを設定する構成を採用することもできる。
【０１１５】
尚、図８に示される演算マップにおける破線Ｘ及び一点鎖線Ｙは、図３における破線Ｘ及び一点鎖線Ｙと同一のものである。そして、図８における二点鎖線Ｚは、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化するまでに必要な機関冷却水温の上昇量を示している。そして、この図８の演算マップにあっては、一点鎖線Ｙよりも二点鎖線Ｚが下方に位置する部分では、二点鎖線Ｚに沿って境界線Ｂが設定されている。そのため、この演算マップに設定された境界線Ｂは、二点鎖線Ｚが一点鎖線Ｙよりも下方に飛び出している部分が図３に示される境界線Ａと比較して下方に位置するようになっている。
【０１１６】
図４を参照して説明した制御前提フラグ設定ルーチンに替えて、この演算マップに基づいて制御前提フラグを設定する構成を採用する場合には、機関始動後の機関冷却水温の上昇量がこの境界線Ｂよりも下方の領域にあるときには制御前提フラグを「ＯＦＦ」に設定して冷間制御の実行を禁止する。一方で、機関冷却水の上昇量がこの境界線Ｂよりも上方の領域に入ったときには制御前提フラグを「ＯＮ」に設定して冷間制御の禁止を解除して冷間制御を実行する。
【０１１７】
このように演算マップに空燃比センサ６７が活性化するときの機関冷却水温の上昇量に基づく情報を追加して境界線Ｂを設定しておけば、演算マップを参照して機関冷却水温の上昇量が境界線Ｂよりも上方の領域に入ったときに冷間制御を実行するようにすることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができるようになる。すなわち、燃料が霧化し難い状態であるとき（図３における境界線Ａよりも下方の領域にあるとき）に、一律に冷間制御を禁止する構成と比較して、図８の斜線が施されている部分Ｃに相当する領域の分だけ、冷間制御を実行する領域を拡大することができる。したがって、上記実施形態と同様に、冷間ヘジテーションの発生を抑制しつつ、冷間制御を実行する機会を増大させ、内燃機関１０からの未燃燃料の排出を抑制することができるようになる。
【０１１８】
・また、使用されている燃料が気化し難い重質燃料である場合には、燃料が霧化し難くなる。そのため、ステップＳ１００の機関温度が基準機関温度未満であるか否かを判定する構成に替えて、図９に示されるように使用されている燃料が重質燃料であるか否かを判定する構成（ステップＳ１０５）を採用し、使用されている燃料が重質燃料であることに基づいて燃料が霧化し難い状態であることを推定することもできる。
【０１１９】
尚、使用されている燃料が重質燃料であるか否かを判定する具体的な方法としては、燃料タンク内の圧力の変化を監視して、その結果に基づいて燃料が気化しやすいか否かを判定する構成や、センサを利用して燃料の性状を判定する方法を採用することができる。また、その他、冷間始動時の機関回転速度ＮＥの立ち上がり方を監視して、機関回転速度ＮＥが速やかに立ち上がらないときに低温で気化し難い重質燃料であることを推定する構成等を適用することもできる。
・また、空燃比センサ６７が活性化しているか否かを判定する方法は、適宜変更することができる。例えば、空燃比フィードバック制御が実行されていることに基づいて空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化していることを推定し、冷間制御の禁止を解除する構成を採用することもできる。
【０１２０】
・また、空燃比センサ６７が活性化しており、空燃比フィードバック制御が実行されている場合には、酸素センサ６８から空燃比が理論空燃比近傍の適正空燃比に調整されていることを示す検出値が出力されるようになる。そのため、図９のステップＳ１１５に示されるように酸素センサ６８の出力値に基づいて空燃比が理論空燃比近傍の適正空燃比に調整されていることが判定されているときに、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化していることを推定し、制御前提フラグを「ＯＮ」に設定する構成を採用することもできる。
【０１２１】
・活性化促進処理の具体的な内容は適宜変更することができる。例えば、上記実施形態のように空燃比センサ６７のセンサ素子を加熱するヒータへの通電量を増大させる方法の他、内燃機関１０の各シリンダー１２における点火時期を遅角させることにより、排気の温度を上昇させ、排気の熱を利用して空燃比センサ６７のセンサ素子を暖める方法等を採用することができる。また、アイドリング運転中の機関回転速度ＮＥであるアイドリング回転速度を増大させることにより、アイドリング運転中の排気の温度を上昇させて空燃比センサ６７のセンサ素子を暖める方法を適用することもできる。
【０１２２】
・また、図９に示されるように活性化促進処理を省略する構成を採用することもできる。
・上記実施形態にあっては、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の機関冷却水温の上昇量とに基づいて機関温度を推定する構成を示したが、機関温度を推定するための方法は適宜変更することができる。例えば、吸入空気量Ｇａは機関運転に伴う燃焼熱の大きさと高い相関を有しているため、機関始動後の吸入空気量Ｇａの積算値である積算吸入空気量ΣＧａは、機関始動後の機関温度の上昇量と高い相関を有している。すなわち、積算吸入空気量ΣＧａが大きいときほど、機関始動後の機関温度の上昇量が大きいことが推定される。
【０１２３】
そのため、上記実施形態のように機関冷却水温の上昇量に基づいて機関温度の上昇量を推定する構成に替えて、積算吸入空気量ΣＧａに基づいて機関温度の上昇量を推定し、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量ΣＧａとに基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する構成を採用することもできる。
【０１２４】
この場合には、機関始動時の機関冷却水温に応じて機関温度が基準機関温度まで上昇したときに得られるようになることが推定される積算吸入空気量ΣＧａを基準値として設定し、機関始動後の積算吸入空気量ΣＧａがこの基準値未満であるときには、それに基づいて機関温度が基準機関温度未満であることを推定するようにすればよい。
【０１２５】
そのため、こうした基準値を機関始動時の機関冷却水温毎にプロットした演算マップを予め用意しておけば、この演算マップを参照することにより、機関始動時の機関冷却水温と、機関始動後の積算吸入空気量ΣＧａとに基づいて燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定することができるようになる。
【０１２６】
また、こうした演算マップを参照して燃料が霧化し難い状態であるか否かを推定する場合には、この演算マップに空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化するまでに必要な積算吸入空気量ΣＧａを示す情報を追加し、この演算マップを参照することによって空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化したことを推定することもできるようになる。
【０１２７】
すなわち、空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化するときに得られるようになることが推定される積算吸入空気量ΣＧａを機関始動時の機関冷却水温に応じてこの演算マップ上にプロットすれば、積算吸入空気量ΣＧａがこのプロットされた値に達したことに基づいて空燃比センサ６７のセンサ素子が活性化したことを推定することができるようになる。
【０１２８】
・また、機関冷却水温に替えて潤滑油の温度等、内燃機関１０の内部を流れる油温に基づいて機関温度を推定する構成を採用することもできる。
・冷間制御の内容は、空燃比に応じて冷間ヘジテーションの発生を抑制するように、空燃比が大きいときほどバルブオーバーラップを小さくするように変位角を制御するものであれば、その具体的な態様は適宜変更することができる。
【０１２９】
例えば、上記実施形態にあっては、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬに基づいて基本目標変位角Ｔｂを設定し、空燃比に応じてこの基本目標変位角Ｔｂを補正することによって算出された目標空燃比に基づいて最終目標変位角Ｔｆを設定する構成を示したが、基本目標変位角Ｔｂの設定方法や、最終目標変位角Ｔｆの設定方法は適宜変更することができる。
【０１３０】
例えば、図４におけるステップＳ２４０に示される上限ガード値による反映量の制限を省略することもできる。
・冷間制御において排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させる構成を示したが、吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させる構成を採用することもできる。吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させる構成を採用した場合には、吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させることにより、排気の一部が吸気ポート２１に吹き返すようになるため、吹き返した排気によって吸気ポート２１が暖められ燃料の霧化が促進されるようになる。これにより、混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるための燃料増量を低減することができ、結果として排気とともに排出される未燃燃料の量を低減することができるようになる。
【０１３１】
尚、吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させた場合には、ピストン１３が上昇している状態、すなわちシリンダー１２内の圧力が高くなる状態におけるオーバーラップが増大することとなるため、吸気ポート２１への排気の吹き返しが非常に多くなり、その後の吸入行程において燃焼室１８に導入される燃料の量が少なくなってしまう。これに対して、上記実施形態のように排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させた場合には、ピストン１３が下降している状態、すなわちシリンダー１２内の圧力が低くなる状態におけるオーバーラップが増大することとなる。そのため、このオーバーラップにあっては排気が既に排気ポート２２に抜け始めているため、燃焼室１８に導入される排気の量が吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させる場合と比較して少なくなる。したがって、燃料が霧化し難い状態にあり、混合気がリーンになりやすい状態のときに実行される冷間制御にあっては、吸気バルブ３１の開閉タイミングを進角させる冷間制御よりも、上記実施形態のように排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させる冷間制御を実行する方が、冷間ヘジテーションの発生を抑制する上で有利になる。
【０１３２】
そのため、冷間ヘジテーションの発生を抑制する上では、上記実施形態のように冷間制御を通じて排気バルブ４１の開閉タイミングを遅角させる構成を採用することが望ましい。
【０１３３】
・暖機完了後の可変バルブシステムの制御である温間制御と、冷間時の可変バルブシステムの制御である冷間制御とを別々に具備し、温間制御と冷間制御とを別々に実行する構成を示したが、温間制御と冷間制御とが別々になっていない可変動弁システムの制御装置に本発明を適用することもできる。また、冷間時にのみ可変バルブシステムを駆動する可変動弁システムの制御装置に本発明を適用することもできる。
【０１３４】
・また、上記実施形態にあっては、空燃比センサ６７が活性化していないときに開閉タイミングの変更を制限する構成の例として、空燃比センサ６７が活性化していないときに冷間制御の実行を禁止する構成を示した。
【０１３５】
これに対して、空燃比センサ６７が活性化していないときに開閉タイミングの変更を制限する構成としては、空燃比センサ６７が活性化していないときには、冷間ヘジテーションが発生する原因とはなり得ない極めて狭い範囲でのみ開閉タイミングを変更するように開閉タイミングの変更を制限する構成を採用することもできる。
【０１３６】
すなわち、空燃比センサ６７が活性化していないときには冷間ヘジテーションが発生し得ない極めて狭い範囲でのみ開閉タイミングを変更するように開閉タイミングの変更を制限する一方、空燃比センサ６７が活性化したあとはその制限を緩和し、空燃比センサ６７の出力値に基づいて開閉タイミングを変更する構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０…内燃機関、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１３…ピストン、１４…ウォータージャケット、１５…コネクティングロッド、１６…クランクシャフト、１７…シリンダーヘッド、１８…燃焼室、１９…点火プラグ、２０…インジェクタ、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、３０…吸気通路、３１…吸気バルブ、３２…吸気カムシャフト、３３…スロットルバルブ、３３ａ…モータ、４０…排気通路、４１…排気バルブ、４２…排気カムシャフト、４５…排気浄化触媒、５１…吸気側バルブタイミング変更機構、５２…排気側バルブタイミング変更機構、５３…アクセルペダル、６０…水温センサ、６１…クランクポジションセンサ、６２…アクセルポジションセンサ、６３…スロットルポジションセンサ、６４…エアフロメータ、６５…吸気側カムポジションセンサ、６６…排気側カムポジションセンサ、６７…空燃比センサ、６８…酸素センサ、１００…電子制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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